第9講微型計算機和外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸

第9講微型計算機和外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谝豁?，?5頁。第五章微型計算機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸教學(xué)重點I/O端口的編址I/O指令CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式和控制方法第二頁，共45頁。5.1為什么要用接口按照功能，接口電路可分為兩類：使微處理器正常工作所需要的輔助電路；輸入輸出（I/O）接口電路第三頁，共45頁。為什么要用接口電路？微機的外部設(shè)備多種多樣,例如打印機、掃描儀、硬盤等，它們的功能、工作原理、信息格式、以及工作速度等方面彼此差別很大，因此不能與CPU直接相連，必須經(jīng)過中間電路再與系統(tǒng)相連，這部分電路被稱為I/O接口電路。第四頁，共45頁。接口的用途對于輸入設(shè)備來說，接口通常起信息轉(zhuǎn)換和緩沖的功能，將輸入設(shè)備送來的信息變換成CPU能夠接收的格式，并將其放在緩沖器中讓CPU來接收；對輸出設(shè)備來說，接口起信息變換和鎖存的功能，將CPU輸出的信息轉(zhuǎn)換成設(shè)備需要的格式?？偨Y(jié)：輸入輸出接口電路是為了解決計算機和外部設(shè)備之間的信息變換問題而提出來的，是計算機和外設(shè)之間傳送信息的部件，每個外設(shè)都要通過接口和主機系統(tǒng)相連。接口技術(shù)專門研究CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式、接口電路的工作原理和使用方法。第五頁，共45頁。5.2CPU和輸入輸出設(shè)備之間的信號（1）數(shù)據(jù)信息數(shù)字量模擬量開關(guān)量（2）狀態(tài)信息（輸入）外設(shè)通過接口送往CPU對輸入設(shè)備來講，一般是用READY表示數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒對輸出設(shè)備來講，一般是用BUSY表示設(shè)備是否空閑（3）控制信息（輸出）CPU通過接口送給外設(shè)，控制外設(shè)的工作在微型機系統(tǒng)中，CPU通過接口與外設(shè)交換信息時，數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息都被看做一種數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)總線傳輸。它們對應(yīng)三種不同的寄存器：數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和控制寄存器。第六頁，共45頁。5.3接口部件的I/O端口什么是端口？

每個接口部件都包含一組寄存器，CPU和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，各類信息在接口中進(jìn)入不同的寄存器，一般稱這些寄存器為I/O端口。輸入輸出所用的地址是針對端口而言的，不是接口。一個接口芯片一般對應(yīng)幾個端口，每一個端口有一個地址。例，地址為20H的端口通常被稱作20H號端口。一定要理解第七頁，共45頁。外設(shè)通過接口和系統(tǒng)的連接第八頁，共45頁。接口部件的寄存器：⑴數(shù)據(jù)寄存器對來自CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)或者對送往CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)起緩沖作用⑵狀態(tài)寄存器存放外設(shè)或接口部件本身的狀態(tài)⑶控制寄存器存放CPU發(fā)出的命令，以便控制接口和設(shè)備的動作數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被稱為數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口和控制端口，用于保存數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息第九頁，共45頁。I/O端口的編址接口電路占用的I/O端口有兩類編址方式：統(tǒng)一編址方式I/O端口與存儲器統(tǒng)一編址，它們共享一個地址空間如M6800獨立編址方式I/O端口單獨編址，I/O地址空間獨立于存儲地址空間如8086/8088第十頁，共45頁。優(yōu)點：不需要專門的I/O指令；I/O數(shù)據(jù)存取與存儲器數(shù)據(jù)存取一樣靈活。缺點：I/O端口要占去部分存儲器地址空間；程序不易閱讀（不易分清訪存和訪問外設(shè)）。內(nèi)存部分I/O部分存儲器空間00000FFFFF統(tǒng)一編址方式第十一頁，共45頁。優(yōu)點：專門的I/O指令使程序閱讀方便I/O端口的地址空間獨立，使存儲器地址范圍擴大缺點：I/O指令沒有存儲器指令豐富內(nèi)存空間I/O空間FFFFF0FFFF獨立編址方式第十二頁，共45頁。8086使用A0~A15或者A0~A7尋址I/O端口地址的形成（片選，片內(nèi)尋址）I/O端口地址的形成第十三頁，共45頁。使用8086CPU內(nèi)存擴展連線第十四頁，共45頁。I/O端口的地址譯碼第十五頁，共45頁。I/O端口地址的形成如果CPU用8088，與8086的地址形成有什么區(qū)別？第十六頁，共45頁。有關(guān)端口地址問題

8086CPU與外設(shè)交換數(shù)據(jù)可以字或字節(jié)進(jìn)行，當(dāng)以字節(jié)進(jìn)行時，偶地址端口的字節(jié)數(shù)據(jù)由低8位數(shù)據(jù)線D7～D0位傳送，奇地址端口的字節(jié)數(shù)據(jù)由高8位數(shù)據(jù)線D15～D8傳送，當(dāng)用戶在安排外設(shè)的端口地址時，如果外設(shè)是以8位的方式與CPU連接，就只能將其數(shù)據(jù)線或者與CPU的低八位或者與高八位連接，這樣同一臺外設(shè)的所有寄存器端口地址都只能是偶地址或是奇地址，這時設(shè)備的端口地址就會是不連續(xù)的。第十七頁，共45頁。第十八頁，共45頁。5.48086的輸入輸出指令輸入指令I(lǐng)N輸出指令OUT參考P83輸入/輸出指令I(lǐng)N/OUT或匯編課本第12章第十九頁，共45頁。輸入指令I(lǐng)N指令匯編格式：IN累加器AL或AX,端口地址操作：執(zhí)行IN指令時，CPU可以從一個8位端口讀入一個字節(jié)到AL中，或者從一個16位端口讀一個字到AX中，取決于端口的位數(shù)。例：INAL,50H ;字節(jié)直接輸入INAX,70H ;字直接輸入第二十頁，共45頁。輸出指令OUT指令匯編格式：OUT端口地址,累加器AL或AX操作：執(zhí)行OUT指令時，CPU可以將AL中的1個字節(jié)寫入一個8位端口，或者將AX中的一個字寫入一個16位端口。例：OUT44H,AL ;字節(jié)直接輸出OUT80H,AX ;字直接輸出第二十一頁，共45頁。注意：只能用累加器AL或者AX作為執(zhí)行輸入輸出的機構(gòu)，不能用其它的寄存器代替；輸入輸出指令可以分為兩大類：一類是直接的輸入輸出指令，端口地址直接給出；一類是間接的輸入輸出指令，端口地址由DX寄存器給出；用直接輸入輸出指令時，尋址范圍為0～255（0FFH），間接輸入輸出指令的范圍是0～65535。0～255之間的地址也可用間接輸入輸出指令，但256～65535之間的端口必須要用DX尋址，使用DX前要使用指令如MOVDX,端口地址給DX設(shè)置端口號。第二十二頁，共45頁。8位數(shù)據(jù)長度的I/O端口地址為3FEH，從該端口讀入數(shù)據(jù)使用的指令段為：MOVDX,3FEH INAL,DX

16位數(shù)據(jù)長度的I/O端口地址為3FCH，向該端口寫入數(shù)據(jù)使用的指令段為：MOVDX,3FCH OUTDX,AX第二十三頁，共45頁。a.

8086CPU的讀總線周期AD15～AD0I/O端口的讀時序第二十四頁，共45頁。

程序方式：通過CPU執(zhí)行程序中的I/O指令完成信息傳送。中斷方式：CPU響應(yīng)外設(shè)中斷請求完成數(shù)據(jù)傳輸。DMA方式：傳送請求由外設(shè)向DMA控制器（DMAC）提出，后者向CPU申請總線，最后DMAC利用系統(tǒng)總線來完成外設(shè)和存儲器間的數(shù)據(jù)傳送。5.5CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式第二十五頁，共45頁。無條件傳送方式條件傳送方式程序方式第二十六頁，共45頁。又稱“同步傳送方式”在CPU與設(shè)備交換數(shù)據(jù)時，可以認(rèn)為它們總是處于“就緒”狀態(tài)，隨時可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸適于簡單外設(shè)，如發(fā)光二極管、開關(guān)、七段顯示器等這種傳送有前提：外設(shè)必須隨時就緒，傳送不能太頻繁無條件傳送方式第二十七頁，共45頁。無條件傳送方式的工作原理第二十八頁，共45頁。舉例K7K1K0+5VD0～D7A1～A15CPLS06反相驅(qū)動器LS2738D鎖存器LS244三態(tài)緩沖器8000H譯碼+5VLED0LED7譯碼……GWRRDM/IO第二十九頁，共45頁。next: movdx,8000h ;DX指向數(shù)據(jù)端口

inal,dx ;從輸入端口讀開關(guān)狀態(tài) notal ;反相

outdx,al ;送輸出端口顯示 calldelay ;調(diào)子程序延時 jmpnext ;重復(fù)代碼第三十頁，共45頁。有8個發(fā)光二極管，其陰極加低電平則亮，用74LS273作為I/O接口與8086通信，端口地址是20H。要求發(fā)光二極管由低位向高位依次循環(huán)顯示。畫出電路圖，寫出實現(xiàn)該功能的程序。思考題第三十一頁，共45頁。思考題答案 MOVAL,01HNEXT:OUT20H,AL CALLDELAY ROLAL,1;不帶CF循環(huán)左移 JMPNEXT+5VD0～D7A1～A7CPLS06反相驅(qū)動器LS2738D鎖存器20H譯碼LED0LED7譯碼…WRM/IO第三十二頁，共45頁。條件傳送方式又稱“查詢傳送方式”CPU需要先了解（查詢）外設(shè)的工作狀態(tài)，然后在外設(shè)可以交換信息的情況下（就緒）實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入或輸出接口部件除了有數(shù)據(jù)端口，還需傳送狀態(tài)的端口對多個外設(shè)的情況，則CPU按一定順序依次查詢（輪詢），先查詢的外設(shè)將優(yōu)先進(jìn)行數(shù)據(jù)交換查詢傳送的特點是：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低第三十三頁，共45頁。條件傳送的兩個環(huán)節(jié)⑴查詢環(huán)節(jié)尋址狀態(tài)口讀取狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒⑵傳送環(huán)節(jié)尋址數(shù)據(jù)口是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)就緒？數(shù)據(jù)交換YN第三十四頁，共45頁。查詢式輸入的接口電路RD+5V8位鎖存器8位三態(tài)緩沖器譯碼1位三態(tài)緩沖器RQ

A1～A15300H310HD0～D7D0DDQCP輸入設(shè)備輸入設(shè)備RDSTBRM/IOM/IO第三十五頁，共45頁。SPORTEQU300HDPORTEQU310H …… TEST1: MOVDX,SPORT;DX指向狀態(tài)端口 INAL,DX ;讀狀態(tài)端口

TESTAL,01H ;測試標(biāo)志位D0 JZTEST1 ;D0＝0，未就緒，繼續(xù)查詢 MOVDX,DPORT;D0＝1，就緒，DX指向數(shù)據(jù)端口

INAL,DX ;從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù) ……第三十六頁，共45頁。查詢式輸出的接口電路8D鎖存器譯碼1位三態(tài)緩沖器RQ

A1～A15300H310HD0～D7D0D+5VQD

R輸出設(shè)備輸出設(shè)備ACKWRRDCPM/IOM/IO第三十七頁，共45頁。SPORTEQU300HDPORTEQU310H …… MOVDX,SPORT;DX指向狀態(tài)端口TEST2: INAL,DX ;讀狀態(tài)端口

TESTAL,01H ;測試標(biāo)志位D0 JNZTEST2 ;D0＝1，數(shù)據(jù)未寫入，繼續(xù)等待 MOVDX,DPORT;D0＝0，就緒，DX指向數(shù)據(jù)端口 MOVAL，[BX];待輸出數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)

OUTDX,AL ;從數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)

第三十八頁，共45頁。在條件傳送方式時，CPU要用大量時間去執(zhí)行狀態(tài)查詢程序，使CPU的效率大大降低。中斷方式則是讓外設(shè)在準(zhǔn)備好之后通知CPU，執(zhí)行與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸工作。這樣可以大大提高CPU的利用率。中斷方式INTR主程序響應(yīng)中斷服務(wù)程序返回CPU外設(shè)第三十九頁，共45頁。當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好(輸入)或閑(輸出),向CPU發(fā)出申請,CPU響應(yīng)后,暫停執(zhí)行原程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷傳送的接口電路如下：第四十頁，共45頁。中斷方式輸入的接口電路R第四十一頁，共45頁。以輸入為例:輸入裝置輸入一數(shù)據(jù),發(fā)出選通信號,一方面把數(shù)據(jù)存入鎖存器,一方面又使D觸發(fā)器置1,在中斷允許下,發(fā)出INTR,CPU在現(xiàn)行指令執(zhí)行完后,發(fā)出INTA,把外設(shè)送來的中斷向量放到DB上,于是CPU轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序,讀入數(shù)據(jù),同時清除中斷請求INTR,中斷處理完,CPU返回被中斷處理的程序繼續(xù)執(zhí)行。第四十二頁，共45頁。DMA方式希望克服程序控制傳送的不足：外設(shè)→CPU→存儲器存儲器←CPU←存儲器直接存儲器存取DMA：外設(shè)→存儲器存儲器←存儲器CPU釋放總線，由DMA控制器(DMAC)管理第四十三頁，共45頁。D